(57)【要約】【課題】研磨パッドの表面状態を、アスカー硬度を指標として判定し、半導体ウェハに発生する欠陥、特にスクラッチ発生率の増加を未然に防止する研磨パッド判定方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、半導体ウェハと研磨パッドを移動し、半導体ウェハと研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、研磨パッドの摩耗、変質状態を、研磨パッドのアスカー硬度計による値から定量的に判定する方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、前記研磨パッドの摩耗、変質状態を、前記研磨パッドのアスカー硬度計による値から定量的に判定することを特徴とする研磨パッド判定方法。
【請求項２】
半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、使用に伴う前記研磨パッドの劣化を、アスカー硬度計によるアスカー硬度変化から評価し、前記研磨パッドの劣化に伴う半導体ウェハ上のスクラッチ発生率増加を未然に防止することを特徴とする研磨パッド判定方法。
【請求項３】
半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、前記研磨パッドの劣化によるスクラッチ欠陥の増加を、アスカー硬度計による判定により未然に防止することを特徴とする研磨パッド判定方法。
【請求項４】
前記研磨パッドが、不織布タイプの研磨パッドである請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの研磨に用いる研磨パッド（研磨布）の表面状態を、アスカー硬度を指標として判定し、半導体ウェハに発生する欠陥、特にスクラッチ発生率の増加を未然に防止する研磨パッド判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの高精度平坦化研磨技術として、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ：ＣＭＰ）が広く用いられている。
【０００３】
本研磨方法では、半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に圧力がかけられ、その当接面に砥粒を含む研磨液が供給され、半導体ウェハと研磨パッドが自公転することにより、ウェハ表面を研磨液に含まれる化学成分により変質させ、研磨パッドと半導体ウェハ間の砥粒との摩擦により除去され研磨が進行する。
【０００４】
このようなＣＭＰを行う上で、選択する研磨液中の化学成分、機械成分のバランス、研磨パッドの表面状態、圧力により研磨対象の半導体ウェハの表面欠陥（主にスクラッチ）発生率や平坦度が大きく異なる。
【０００５】
そのため、上記各要素について、デバイス不良の原因となる表面欠陥の低減や平坦性の向上に向けた研磨条件最適化への研究開発が広く行われている。表面欠陥、特にスクラッチに関しては、研磨液中の砥粒の異常凝集が原因の一つとされ、砥粒の異常凝集が抑制された研磨液が日々開発されている。
【０００６】
一方、もう一つのスクラッチ発生の原因として、半導体ウェハの被研磨面と研磨液を介して接触する研磨パッドの表面状態がある。研磨パッド表面の研磨液濃度や砥粒保持能力、弾性力が重要となる。
【０００７】
加えて、実際の製造工程においては、使用に伴う研磨パッドの表面状態の悪化、変質があり、砥粒保持能力や弾性力は変動する。従って、研磨による歩留低下を防止するため、研磨パッドの劣化程度を把握し、適切な使用回数で交換するなどの管理が必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１８８３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、ＣＭＰ後の研磨パッド表面は、研磨による劣化や研磨材残渣が存在し、ドレッシング作業により研磨パッド表面の再生を行う。
【００１０】
しかし、研磨パッド表面の再生は完全には行えず、使用回数増加に従い、研磨パッド表面は変質し研磨対象の半導体ウェハで発生する欠陥（スクラッチ）が増加する問題がある。
【００１１】
一方で、研磨パッドの劣化を定量的に判断する手法は確立されておらず、欠陥発生率増加を未然に防止するための研磨パッドの交換時期の判定は困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、研磨パッドの表面状態を、アスカー硬度を指標として判定し、半導体ウェハに発生する欠陥、特にスクラッチ発生率の増加を未然に防止する研磨パッド判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、前記研磨パッドの摩耗、変質状態を、前記研磨パッドのアスカー硬度計による値から定量的に判定する研磨パッド判定方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、使用に伴う前記研磨パッドの劣化を、アスカー硬度計によるアスカー硬度変化から評価し、前記研磨パッドの劣化に伴う半導体ウェハ上のスクラッチ発生率増加を未然に防止する研磨パッド判定方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、前記半導体ウェハと前記研磨パッドを移動し、前記半導体ウェハと前記研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、前記研磨パッドの劣化によるスクラッチ欠陥の増加を、アスカー硬度計による判定により未然に防止する研磨パッド判定方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記研磨パッドが、不織布タイプの研磨パッドである請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド判定方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スクラッチ発生率と研磨パッドのアスカー硬度との相関を得ることにより、研磨回数増加に伴う研磨パッドの劣化に起因したスクラッチ発生率増加を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態で測定した研磨パッドの使用回数に対する研磨パッド表面のアスカー硬度変化率を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態での研磨パッドのアスカー硬度変化率に対するスクラッチ発生率を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２０】
半導体ウェハを研磨する際に使用する研磨パッドは、半導体ウェハの研磨回数増加に伴ってその表面が劣化する。研磨パッド表面が劣化すると半導体ウェハ表面に発生するスクラッチが増加するため、スクラッチの発生が増加する前に研磨パッドを交換する必要がある。
【００２１】
しかしながら、研磨パッドの劣化を定量的に判断する手法は確立されておらず、その交換時期の判定が困難であった。
【００２２】
そこで、本発明者は、研磨パッドの交換時期を判定する研磨パッド判定方法を確立すべく、鋭意検討を重ねた結果、研磨パッドのアスカー硬度は弾性率や表面状態などの研磨パッドの特性を反映した指標として簡便に測定可能であることを見出し、本発明に到った。
【００２３】
本発明の研磨パッド判定方法は、半導体ウェハの被研磨面と研磨パッドとの当接面に砥粒を含む研磨液を供給しながら、半導体ウェハと研磨パッドを移動し、半導体ウェハと研磨パッド上に存在する砥粒による摩擦により半導体ウェハの研磨を進行する研磨方法において、研磨パッドの摩耗、変質状態を、研磨パッドのアスカー硬度計による値から定量的に判定する方法である。
【００２４】
より具体的には、使用に伴う研磨パッドの劣化を、アスカー硬度計によるアスカー硬度変化から評価し、研磨パッドの劣化（研磨パッドの摩耗、変質状態の変化）によるスクラッチ欠陥の増加を、アスカー硬度計による判定により未然に防止する、すなわち研磨パッドの交換時期を判定する方法である。
【００２５】
アスカー硬度（°）とは、ゴム・プラスチック硬度計（コイルスプリング式）により測定される硬度である。計測対象の硬度に応じて、アスカー硬度計の型が適宜選択される。例えば、測定対象が硬質である場合には、アスカーＡ型硬度計が用いられ、アスカーＡ硬度１００〜０で示され、測定対象が軟質である場合には、アスカーＣ型硬度計が用いられ、アスカーＣ硬度１００〜０で示される。アスカーＦ硬度は、アスカーＣ硬度よりもさらに軟らかいものを測定対象とするアスカーＦ型硬度計による硬度であり、アスカーＣ硬度では示すことができない（アスカーＣ硬度０以下）硬度である。
【００２６】
ここでは、被研磨半導体ウェハとして６インチＧａＡｓ半導体基板を用い、研磨パッドとして不織布タイプ、アスカーＣ硬度７５〜８５の研磨パッドを用いた場合を例として、本発明の研磨パッド判定方法の手順をより詳細に説明する。
【００２７】
初めに、研磨回数に対する研磨パッドのアスカー硬度をアスカー硬度計（高分子計器株式会社製）を用い測定する。但し、研磨後の研磨パッドは、ドレッシング作業によりそのアスカー硬度が変化するため、研磨回数による変動を正確に判定するためには、ドレッシング前又はドレッシング後に測定時を統一する必要がある。
【００２８】
ここでは、アスカー硬度の測定時をドレッシング作業後に統一し、また、研磨回数０〜４６の間でのアスカー硬度変化を測定した。その結果を図１に示す。
【００２９】
図１は、研磨回数に対する研磨パッド表面のアスカー硬度変化率を示す図である。アスカー硬度変化率とは、未使用時の研磨パッドのアスカー硬度からの変化率である。
【００３０】
図１から分かるように研磨回数の増加に伴い、研磨パッドのアスカー硬度が増加することが分かる。この増加は、図１中の実線で示すように、近似式で表すことができる。よって、上述したように研磨パッドのアスカー硬度は弾性率や表面状態などの研磨パッドの特性を反映した指標として用いることができることが分かる。
【００３１】
他方、研磨パッドのアスカー硬度に対する半導体ウェハ上のスクラッチ発生率を集光器により評価する。
【００３２】
図２は、図１の研磨パッドのアスカー硬度変化率０％以上６．０％未満の範囲でのスクラッチ発生率とアスカー硬度変化率６．０％以上でのスクラッチ発生率とを比較した結果を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、研磨パッドのアスカー硬度変化率０％以上６．０％未満の範囲でのスクラッチ発生率は３．８％であるのに対し、アスカー硬度変化率６．０％以上でのスクラッチ発生率は８．９％と急激に増加しているのが分かる。
【００３４】
よって、この例の場合では、研磨パッドのアスカー硬度変化率が６．０％以上になる前に研磨パッドを交換すればよい。アスカー硬度変化率が６．０％以上になる使用回数は、図１の近似式を参照すると、およそ３５回以上であるので、使用回数３４回程度で研磨パッドを交換すればスクラッチ発生率の増加を防止できる。
【００３５】
以上要するに、本発明の研磨パッド判定方法では、スクラッチ発生率が許容範囲を超えてしまうアスカー硬度変化率（＝アスカー硬度変化率の閾値（上述の例では６％））を予め測定により特定しておき、使用に伴って増加するアスカー硬度変化率が閾値を超える前に研磨パッドの交換を行うことにより、スクラッチ発生率の増加を未然に防止できる。すなわち、研磨パッドの交換時期の判定が容易に行える。
【００３６】
上述の実施の形態では、研磨パッドとして不織布タイプのものを用いる例を説明したが、これに限定されるものではない。
【００３７】
また、本発明の研磨パッド判定方法は、半導体ウェハの研磨に限らず、研磨パッドを使用した研磨全般に適用することができる。
【図１】
2010165773.tif 000002
【図２】
2010165773.tif 000003